鲁珀特之泪

鲁珀特之泪（也称为荷兰眼泪或巴达维亚眼泪）是一种钢化玻璃珠，它是通过将熔融玻璃滴入冷水中而制成的，它会凝固成带有细长尾巴的蝌蚪状液滴。 这些液滴的内部特征是非常高的残余应力，这会产生违反直觉的特性，例如能够承受锤子或子弹对球状端的打击而不破裂，同时如果尾端被破坏则表现出爆炸性崩解 甚至轻微损坏。 在自然界中，火山熔岩在一定条件下会产生类似的结构，被称为贝利的眼泪。

这些水滴以莱茵河的鲁珀特王子的名字命名，他于 1660 年将它们带到英国，尽管据报道它们是在 17 世纪早些时候在荷兰生产的，并且玻璃制造商可能知道的时间更长。 皇家学会将它们作为科学珍品进行研究，揭示其不寻常特性的原理可能导致钢化玻璃生产工艺的发展，该工艺于 1874 年获得专利。20 世纪和 21 世纪进行的研究进一步揭示了 了解水滴矛盾特性的原因。

鲁珀特之泪是通过将熔融玻璃滴滴入冷水中而制成的。 水迅速冷却并从外向内凝固玻璃。 这种热淬火可以通过快速冷却球体的简化模型来描述。 由于两种不同寻常的机械特性，鲁珀特之泪近 400 年来一直是科学界的好奇心：当尾巴被剪断时，液滴会爆炸性地分解成粉末，而球状头部可以承受高达 287,900 牛顿（64,700 牛顿）的压缩力 磅力）。

尾部被切割时，由于多个裂纹分叉事件而产生爆炸性解体——单个裂纹在尾部中心的拉伸残余应力场中加速，并在达到每秒 1,450-1,900 米（3,200 米/秒）的临界速度后分叉。 –4,300 英里/小时）。 鉴于这些高速，裂纹分叉引起的崩解过程只能通过观察尾部并采用高速成像技术来推断。 这也许就是为什么几个世纪以来水滴的这种奇怪特性仍然无法解释的原因。

液滴的第二个不寻常特性，即头部的强度，是头部外表面附近存在的高达 700 兆帕 (100,000 psi) 的大压缩残余应力的直接结果。 这种应力分布是通过使用玻璃的应力诱导双折射的自然特性和采用 3D 光弹性技术来测量的。 残余压应力导致的高断裂韧性使鲁珀特之泪成为钢化玻璃最早的例子之一。

有人认为，自罗马帝国时代以来，玻璃制造商就知道制作水滴的方法。

有时归因于荷兰发明家 Cornelis Drebbel，这些水滴在当代记述中通常被称为 lacrymae Borussicae（普鲁士眼泪）或 lacrymae Batavicae（荷兰眼泪）。

早在 1625 年就出现了关于来自北德梅克伦堡的水滴的可证实的记载。尽管水滴从那里传播到整个欧洲，作为玩具或好奇心出售，但如何制作它们的秘密在梅克伦堡地区保留了一段时间。

荷兰科学家康斯坦丁·惠更斯请纽卡斯尔公爵夫人玛格丽特·卡文迪什调查水滴的性质； 在进行实验后，她的意见是少量挥发性液体被困在里面。

虽然鲁珀特王子没有发现这些水滴，但他在 1660 年将它们带到了英国，从而在历史上发挥了重要作用。他把它们交给了查理二世国王，查理二世又在 1661 年将它们交给了皇家学会（这是在上个世纪创建的） 年）用于科学研究。 英国皇家学会的几份早期出版物对水滴进行了说明并描述了所进行的实验。 在这些出版物中，有罗伯特·胡克 (Robert Hooke) 于 1665 年出版的《显微摄影》(Micrographia)，他后来发现了胡克定律。

他的出版物正确地列出了关于鲁珀特之泪的大部分内容，但没有比当时存在的更全面的理解，弹性（胡克自己后来做出了贡献）和脆性材料因裂纹扩展而失效 . 对裂纹扩展的更全面的理解必须等到 1920 年 A. A. Griffith 的工作。

1994年，普渡大学工程学教授Srinivasan Chandrasekar和剑桥大学材料组组长Munawar Chaudhri利用高速分幅摄影观察了液滴的破碎过程，并得出结论：虽然液滴表面 经受高压缩应力，内部经受高张力，形成一种不平衡的平衡状态，很容易被破坏。